【正文】 常數(shù)也可用下面簡(jiǎn)化式計(jì)算： （114）式（114）在低溫下計(jì)算出的Kp與式（112）及（113）相差較大，溫度越高誤差越小。從化學(xué)平衡來(lái)看，降低反應(yīng)溫度，增加蒸汽用量，有利于反應(yīng)向生成氫氣和二氧化碳的方向進(jìn)行，可以提高CO平衡轉(zhuǎn)化率。但降低溫度也減慢了反應(yīng)速度，降低了催化劑的生產(chǎn)能力，應(yīng)綜合考慮。對(duì)于一氧化碳含量在2%—4%的中溫變換氣體，只需要在230 ℃左右，用低溫變換催化劑進(jìn)行低溫變換。b. 壓力一氧化碳變換反應(yīng)前后氣體的分子數(shù)相同，若為理想氣體，壓力對(duì)于反應(yīng)的平衡沒(méi)有影響。但是在較高壓力下，反應(yīng)物濃度增加，分子間的有效碰撞次數(shù)增加，可以加快變換反應(yīng)速度，提高催化劑的生產(chǎn)能力。c. 蒸汽添加量一氧化碳變換反應(yīng)為可逆反應(yīng)，增加蒸汽量可使反應(yīng)向正方向移動(dòng)。實(shí)際上，當(dāng)使用半水煤氣為原料，使用中溫鐵鉻催化劑的工藝流程中，一般采用H2O（汽）/CO（氣）=(3～4)/1；在使用鐵鎂催化劑的工藝流程中，一般采用H2O（汽）/CO（氣）=(3～5)/1。除去二氧化碳可以采用良種方式：（1）利用堿性氧化物與二氧化碳作用生成碳酸鹽，例如： （115）或利用堿性氧化物作為催化劑的的一種組分來(lái)吸收二氧化碳。更重要的是這一反應(yīng)進(jìn)行到一定程度后要進(jìn)行更換催化劑，增加了生產(chǎn)操作的復(fù)雜性，因此在實(shí)際中很少應(yīng)用。這種方法相互干擾較少，比較容易實(shí)現(xiàn)，但增加了換熱和脫除二氧化碳的設(shè)備，流程要復(fù)雜一些。銅是合適的一氧化碳催化劑，能在較低溫度（200～250 ℃）下進(jìn)行變換反應(yīng)，一氧化碳平衡轉(zhuǎn)換率可達(dá)到99%左右。工業(yè)上采用的結(jié)構(gòu)性助催化劑有高熔點(diǎn)、難還原的氧化鉻、氧化鋁、氧化錳、氧化鋇等，它們的存在，可增加催化劑抗燒結(jié)的作用，延長(zhǎng)催化劑使用壽命，增長(zhǎng)催化劑的成型性能和機(jī)械強(qiáng)度。CoMo系變換催化劑是以Co, Mo為有效組份，以Al2O3為骨架，堿金屬或稀土金屬的氧化物為輔助催化劑。硫化反應(yīng)為： （116） （117） 低變催化劑的主要成分（1）鈷鉬系寬溫變換催化劑CoMo系寬溫變換催化劑是近10年來(lái)國(guó)內(nèi)研制的一種新型催化劑，它的特點(diǎn)是活性溫度低，耐硫性強(qiáng)，使用溫度范圍寬，因此它能廣泛的應(yīng)用與煤、油為原料的小氮肥廠，并實(shí)現(xiàn)中變直接串低變的工藝流程。CoMo系寬溫變換催化劑的化學(xué)物理性質(zhì)包括堆積密度、抗壓強(qiáng)度、形狀及尺寸等。浸漬法是以球形為載體，將催化劑浸漬到載體內(nèi)，由于載體本身強(qiáng)度高、相對(duì)密度小，故采用這種方法生產(chǎn)出來(lái)的催化劑具有密度小，耐壓強(qiáng)度大，阻力小等優(yōu)點(diǎn)。但對(duì)氣體最低含硫量卻有限制，即在一定反應(yīng)溫度及蒸汽含量下，要求氣體中的含硫量不低于一定值，否則引起催化劑放硫而導(dǎo)致失活。（2）銅鋅系低變催化劑金屬銅對(duì)一氧化碳的低溫變換具有高活性，因此國(guó)內(nèi)外都把銅作為催化劑的主活性相。因此必須加入一組分或多組分的結(jié)構(gòu)性助催化劑。ZnO用的最廣泛，最先出現(xiàn)的低溫變換催化劑，就是由ZnO和CuO兩個(gè)組分組成。但是銅鋅二組分催化劑的熱穩(wěn)定性和壽命不夠理想，后來(lái)相繼出現(xiàn)CuOZnOCr2O3和CuOZnOAl2O3催化劑。用機(jī)械混合的方法，往CuOZnOCr2O3催化劑中加入K2O、CaO、MgO、Al2OTiOMnO2則不影響催化劑的結(jié)構(gòu)；但是用共沉淀的方法加入鋁和錳，將對(duì)催化劑的性質(zhì)產(chǎn)生明顯的影響。目前以普遍生產(chǎn)和采用的低溫變換催化劑為CuOZnOCr2O3和CuOZnOAl2O3系，究竟哪一種性能優(yōu)越，目前還不能取得一致的意見(jiàn)。如果以硝酸鋁形式加入，則成本并不比加入氧化鉻低。當(dāng)溫度超過(guò)銅的熔點(diǎn)（1083 ℃）一半時(shí)，更容易燒結(jié)。從而使催化劑活性下降；溫度愈高，晶粒長(zhǎng)大速度就愈快，表面積和活性的下降趨勢(shì)愈大。因此低溫變換催化劑的使用，必須嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度。因此低溫變換反應(yīng)必須控制在露點(diǎn)以上進(jìn)行，這樣就使反映溫度、壓力、蒸汽量、干氣量之間保持一定的關(guān)系。后來(lái)發(fā)現(xiàn)鹵素是比硫更厲害的毒物，進(jìn)口氣中氯化物僅，就會(huì)顯著的毒害低變催化劑，氯海量在時(shí)，就認(rèn)為被嚴(yán)重污染。由于脫硫技術(shù)的發(fā)展，原料氣中的硫能脫至以下，但原料氣量很大，極微量的硫化物，經(jīng)日積月累后數(shù)量相當(dāng)可觀，從而對(duì)低變催化劑造成很大危害。變換氣換熱器煤氣換熱器淬冷過(guò)濾器Ⅰ淬冷過(guò)濾器Ⅱ第一變換爐變換氣冷卻器油分離器活性炭濾油器半水煤氣變換氣工段第二變換爐圖11 低溫變換工藝流程示意圖Fig11 Schematic diagram of the low temperature conversion process半水煤氣首先進(jìn)入油水分離器，脫除部分固體和液體雜質(zhì)后進(jìn)入活性炭濾油器，進(jìn)一步脫除雜質(zhì)。出變換氣換熱器的半水煤氣再進(jìn)入煤氣換熱器與從第一變換爐出來(lái)的變換氣進(jìn)行逆向熱交換，變換氣自身的溫度下降到300 ℃左右，半水煤氣升溫到200 ℃左右。經(jīng)第一變換爐變換后出來(lái)的變換氣進(jìn)入煤氣換熱器與半水煤氣逆向換熱后進(jìn)入淬冷過(guò)濾器I，逆向與噴淋下來(lái)的冷卻水換熱并使冷卻水汽化，此時(shí)變換氣的溫度下降到230 ℃左右，冷卻水和變換氣換熱后汽化，從而使蒸汽含量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，濕變換氣進(jìn)入第二變換爐第一段催化劑床層進(jìn)行變換反應(yīng)。出第二變換爐第二段的變換氣經(jīng)過(guò)變換氣換熱器后，再經(jīng)過(guò)變換氣冷卻器降溫至40 ℃左右，去后續(xù)工段。設(shè)備生產(chǎn)能力：由設(shè)計(jì)所給條件取每噸氨耗用半水煤氣3520Nm3,則每小時(shí)的半水煤氣用量為：3520= Nm3/h 初始半水煤氣組成見(jiàn)下表21。CO和H2O的反應(yīng)方程式為：設(shè) A B C D設(shè)CO變換反應(yīng)的變換量為△CO，則變換反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp： （21）本設(shè)計(jì)所給條件CO的變換率為99%，則:查文獻(xiàn)[1]可知在220℃時(shí)CO變換的平衡常數(shù)Kp=。%，且O2全部和H2燃燒生成H2O，則CO的反應(yīng)量△CO為： %60%= Nm3/100 Nm3干半水煤氣則CO的總反應(yīng)量為：設(shè)氣體出催化劑床層的溫度為360 ℃，取平衡溫距為20 ℃，則計(jì)算所取溫度為380 ℃。入爐蒸汽量 入爐濕氣的量 += Nm3= kmol由此可計(jì)算出入爐的濕氣組成，結(jié)果見(jiàn)下表22。出催化劑層干氣體量由以上計(jì)算可得出催化劑干氣體組成，見(jiàn)下表23。表24 出第一變換爐催化劑變換氣濕氣組成Table24 The position of the wet semiwater gas outlet the first converter組分H2COCO2CH4N2H2O合計(jì)%100Nm3kmol 第一變爐熱量衡算（1）第一變換爐內(nèi)CO變換反應(yīng)放熱量為Q1氣體由200 ℃上升到360 ℃，平均溫度tm=280 ℃?？芍澜Y(jié)果與實(shí)際所取溫度一致，故不需要進(jìn)行重復(fù)計(jì)算。表25 第一變換爐CO在各溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率Table 25 The equilibrium conversion rate of CO in the first converter T，℃200230250270290310330350370400KpXp，%以200 ℃為例，計(jì)算過(guò)程如下：在200 ℃時(shí)，查表知Kp=由式（21）知：代入數(shù)據(jù)得：解上式可得：Xp= 將以上數(shù)據(jù)作圖可得平衡曲線(xiàn)圖，見(jiàn)圖21。CO變換的逆反應(yīng)活化能E2為當(dāng)Xp=%時(shí)，Te=200+= K將上面的數(shù)據(jù)代入式（23）可得： tm = ℃。表26 第一變換爐CO轉(zhuǎn)換最適宜溫度Table 26 The optimal temperature for CO in the first Shift ConverterXp，%Te，KTm，Ktm，℃3136由以上數(shù)據(jù)作圖可求得最適宜溫度曲線(xiàn)，見(jiàn)圖21。查文獻(xiàn)[1]知此時(shí)的Kp=。此時(shí)所需總蒸汽量為則需補(bǔ)充的蒸汽量為= Nm3此時(shí)總的蒸汽量為+= Nm3由以上的計(jì)算可求出此時(shí)的入爐濕氣組成，結(jié)果見(jiàn)下表27。表28 出第二變換爐第一段催化劑變換氣組成Table27 The position of the gas outlet the first paragraph of the second shift converter組分H2COCO2CH4N2H2O合計(jì)%100Nm3kmol 出口溫度校核由上述計(jì)算可知與所取Kp相差不大，故不重復(fù)計(jì)算。 第二變換爐第一段催化劑床層平衡曲線(xiàn)計(jì)算入此段催化劑床層汽/。表29 CO在第二變換爐第一段催化劑平衡轉(zhuǎn)換率Table 29 The equilibrium conversion rate of CO in the first stage of the second shift converterT，℃230250270290310330350KpXP，%以230 ℃為例進(jìn)行計(jì)算。 CO在第二變換爐第一段催化劑層最適宜變換溫度最適宜溫度可由式（23）計(jì)算，查文獻(xiàn)[1]知B302Q型催化劑的E1=43340 kJ，在平均溫度255 ℃時(shí)：則 由式（23）代入數(shù)據(jù)可計(jì)算出最適宜溫度，其結(jié)果見(jiàn)表210。 CO在第二變換爐第一段催化劑層變換反應(yīng)操作線(xiàn)由一段催化劑變換率及熱平衡計(jì)算結(jié)果可知入口氣體溫度 230 ℃出口氣體溫度 280 ℃入口變換率 %出口變換率 %（總變換率85%）由以上數(shù)據(jù)即可作出此段催化劑床層的操作線(xiàn)，見(jiàn)圖22。在此段催化劑層須加入的蒸汽量為= Nm3。表211 入第二變換爐第二段催化劑層變換氣組成Table211 The position of the shift gas inlet the second paragraph of the second shift converter組分H2COCO2CH4N2H2O合計(jì)%100Nm3kmol可知CO在此段變換量為()== kmolCO在此段的轉(zhuǎn)化率為 第二變換爐第二段催化劑層CO的平衡轉(zhuǎn)化率計(jì)算由出口